Duda técnica

Hola Enio,

si te refieres a una tensión de salida desconocida con la relación de transformación que refieres, y sobre una carga de 50 Ohms, creo que sería así:

hago números redondos para no liar el tema.

Si tienes una impedancia de entrada de 3 Kohms y una de salida de 50 Ohms, y aplicamos la fórmula clásica nos da una relación muy aproximada precisamente  de 8:1. Tu relación de espiras equivale a la raíz 2 de 3000/50. 

O dicho de otra manera, si tienes una relación de espiras 8:1,

siendo 8= N1 y 1= N2 , 

8= raíz 2 de 3000/50 

Hay decimales pero los obvio.

El resultado es 7, 80 aprox.  No se si la cosa iba de esto. Entiendo que esa sería la relación de transformación.

Por decir algo que no se si sirve.

Si con una relación de espiras 8:1 tienes una salida de impedancia de 50 Ohms, tienes una entrada de 3 Kohms. Creo que a partir de aquí se podría deducir algo si mides la tensión de entrada. No se si he entendido bien la pregunta.

Feliz año y al lío.

Si, va por ahí. Por lo que he leído, deduzco que las medidas de potencia de un aparato que utiliza un puente direccional son cálculos sobre la tensión del secundario del transformador basándose en la conocida fórmula de P=e^2/r. Así creo que funcionan todos, incluido el CN 801 de Daiwa que tengo en el cuarto de la radio que utiliza una carátula más o menos calibrada para mostrar la potencia de salida que nunca será demasiado exacta.

La dificultad que encuentro para hacer un aparato casero es la relación de entre la tensión que se puede medir después del diodo rectificador para hallar la tensión real que pudiera poner la salida para aplicar la fórmula de potencia, teniendo en cuenta además que la antena no es siempre una carga resistiva pura a menos que trabaje sobre una carga artificial.

Para calcular ese factor de forma empírica, he medido las tensiones que pone mi IC-7300 en la salida directa, en el diodo rectificador con salidas de 20, 40, 60, 80 y 100w y he encontrado una relación entre un 2,07% y un 2,46% (después de añadir la caía de 0,3V en el diodo).

Utilizar un Arduino ofrece la ventaja del cálculo matemático y la exposición digital de resultados con lo que el cálculo de la potencia PEP y de pico pude ser más sencillo, pero la dificulta se centra en encontrar una medida fiable de la tensión, por eso he hecho la consulta en el foro.

Arduino tiene la desventaja de que la tensión máxima admitida en los pines analógicos de entrada es de 5V, por lo que hay que utilizar un divisor de tensión a la entrada lo cual limita la potencia de trabajo pues a partir de los 25V, la medida se vuelve problemática. Los medidores de potencia comerciales que he visto, utilizan otro tipo de microprocesadores aunque su medida durante el trabajo normal tampoco es fiable por las razones expuestas.

Además, un medidor de ROE molón con Arduino hecho por uno mismo cuesta menos de 20€

En definitiva, quiero añadir al medidor la prestación de medir la potencia de salida, aunque sea con una precisión de un 5/10% y busco la forma de medir (hardware), con el cálculo y el software ya no tengo problemas con el Arduino.

Buenas noches

Yo he construido dos medidores swr , uno segun esquema IK3OIL y otro segun esquema de la pagina www.eb104.ru Los dos estan basados en un integrado PIC16FXXX . Por desgracia ninguno ha funcionado correctamente . Para comprobar solo he podido usar el medidor de Kenwood SW2100 . Los dos ,  que he construido no marcaban bien tanto potencia como el valor de swr . Para simular la carga tengo una resistencia no inductiva de 50 Ohm 250 W. Al final lo deje por imposible. Por ello tengo la pregunta sobre este , construido con un Arduino si es facil montarle y las mediciones son correctas.

Saludos Cordiales

EC4AGT

Wojtek

PS en la revista del mes de enero aparece un articulo sobre medidor de swr hecho con un arduino

En cuanto al medidor de ROE, sobre el papel, es tan fiable como otro hecho con instrumentos analógicos, con la ventaja de que lectura de la onda directa y reflejada puede ser simultánea con mayor precisión que un instrumento doble con agujas cruzadas. Incluso se puede dar más información visual añadiendo barras de lectura con un display 4x20. El instrumento será tanto más fiable como cuidado sea el montaje del puente direccional y las precauciones para evitar inducciones.

En principio, el puente direccional Stockton que vende R3KBO puede ser válido o cualquier sensor comercial o de construcción casera. Hay mucha información en la red.

En cuanto a un medidor de potencia de salida, eso ya es otra cuestión. Creo que incluso un Bird tiene un 5% de exactitud y necesita utilizar diodos adecuados a la frecuencia y potencia. Con el mismo sistema sensor que estoy utilizando para el proyecto se puede llegar a una aproximación por cálculo (para eso he hecho la consulta en el foro) o empíricamente calculando la lectura de la tensión que general una potencia conocida, aplicada sobre una carga artificial y la relación con la potencia real. La salida, con las pruebas que he hecho no es lineal aunque precisamente Arduino nos permite aplicar la corrección por cada uno de los 1023 niveles digitales.

No sé si he leído demasiado rápido o estoy abotargado, pero me parece ver un poco de confusión.

La relación de tensiones en un transformador es igual a la relación de espiras entre sus bobinados.

Como la potencia de entrada y de salida es la misma (despreciando pérdidas) y la potencia es el cuadrado de la tensión partido por la impedancia, tendremos que la relación de impedancias es igual al cuadrado de la relación de espiras entre sus bobinados.

El puente de medida mide 2 cosas, tensión (L2) y corriente (L1) y las combina sobre las resistencias de carga de 51 Ω de tal forma que las directas (en fase y/o amplitud concordante) se suman en una de ellas y se anulan en la otra, que solo ve el desequilibrio producido por una impedancia de antena distinta(en fase y/o amplitud discordante).

En la revista de Octubre de 2011 hay un artículo sobre el medidor de Radio-kits en el que describí los aspectos teóricos de los detectores de potencia directa y reflejada con muchas referencias a documentos que están en Internet para profundizar en el tema.

Suerte con el montaje, y Feliz Año a todos.

jon, ea2sn

Muchas gracias José Angel, eso que has explicado es lo que había entendido. Quizá he sido confuso al explicarlo. Quiero añadir al instrumento una medición de potencia "en tiempo real", es decir: cuando se utiliza durante la transmisión, igual que un instrumento comercial estándar (común) en los periféricos que existen en un cuarto de radio. de momento, el prototipo muestra la tensión DIRECTA y REFLEJADA (información que no creo que sea relevante)  y calcula la ROE. Estoy trabajando en un código que informe de la potencia directa instantánea, PER y media y un display LCD 2004 que muestre dos barras gauge con la energía directa y reflejada relativas. Gracias por la aclaración, había entendido bien el comportamiento de un transformador, pero no estoy seguro si las mediciones de tensión del puente que mostrado son demasiado fiables aunque un proyecto parecido del que estoy tomando ideas cita un 5% de exactitud.

Muchas gracias Jon, a continuación me pongo a buscar la revista. No hay demasiada literatura sobre el tema. En la foto el prototipo mostrando una entrada ficticia en la lectura raw de las tensiones.

ROE = (1+sqrt(0,3/18,15))/(1-sqrt(0,3/18,15)), en este caso la potencia de salida sería P=(18,15*18,15)/51=6,46W en la salida del secundario del transformador, como la relación de espiras es de 1:8, la potencia teórica serían 51,67Wm (no he calculado las pérdidas por el diodo), aun así, no hay concordancia con la medición empírica.

La lectura que estoy utilizando para las pruebas es de 900 y 15 niveles digitales sobre 1023 en las entradas analógicas A0=DIR y A1=REF, respectivamente en la placa de Arduino. Cuando transmito con 100 W (y la calibración del IC-7300 es muy fiable, la lectura de la tensión directa a la salida del secundario del transformador, medida con el polímetro es de 10,74V (533 niveles digitales). Encuentro una diferencia ilógica entre el cálculo aritmético de la lectura y la observación empírica de las mediciones reales.

Evidentemente cometo algún error de bulto, probablemente por utilizar dos instrumentos de medida sin verificar, Estoy pendiente de montar el instrumento y hacer más pruebas. En la foto el prototipo sobre un shield para el Arduino UNO, funciona perfectamente tanto el prototipo como el sketch.

¡Excelente trabajo Jon! (como es habitual). Había echado un vistazo al trabajo de G4ZNQ "A bi-directional inline wattmeter", publicado en la página de SM7UZT, pero lo he entendido gracias a tu artículo en la revista de la revista de octubre de 2011. Entiendo que debo calcular la relación de tensión a la salida del transformador en base a la fórmula 20*log(1/8).

El puente que he utilizado está construido en el taller de R3KBO, es el que más a mano tenía aunque voy a probar otros. Efectivamente se trata de dos transformadores simétricos de relación 1:8 espiras sobre un toroide de material desconocido. El diodo rectificador es un 1N5711 schottky, por lo que debo calcular la pérdida sobre 0.3V.

El kit de radio-kits (descatalogado en este momento) utiliza un PIC 16FB19 y un circuito muy sofisticado. El proyecto con Arduino tiene la ventaja de poder modificar con facilidad el código gracias al IDE y utilizar un lenguaje de programación propio derivado del C++ que lo hace más accesible que el ensamblador. Por otra parte, el objetivo es profundizar en la programación de Arduino, por lo menos para mí  😊 , montar un instrumento útil y mejorar sus prestaciones con modificaciones y mejoras.

Hola chicos. Bueno, no he entendido muy bien todo porque se sale un poco de mis conocimientos, pero quiero decir:

- Magnífico tema y muy interesante.

- Como siempre, magnífica redacción.

- Me supongo, previendo a Enio, que igual termina todo en su Blog. Hi!. Fantástico.

- ¿Un artículo para la revista?

************

Lo voy a sacar todo aparte a ver si me entra, porque es muy interesante, aunque ahora se me escape un poco.

Enhorabuena a todos los que habéis escrito en este post.

Me parece un tema muy interesante .En relación a las medidas del arduino , si no me equivoco los valores que muestra son instantáneos. A modo de ejemplo, en Psoc  cuando configuras los ADC , defines el número de muestras del conversor ADC. Puede que tengas que realizar varias medidas teniendo en cuenta el tiempo necesario que necesita el arduino para tomar la muestra , así el valor medido es una media de los valores instantáneos tomados y siempre será más real que un valor instantáneo. Otro punto interesante es qué tienes que valorar si fijas un valor de referencia  ( patilla Vref) para así poder aprovechar los 1024 valores posibles de la resolución de conversor , quizás tengas que añadir algo de electrónica al circuito ( acondicionadores de señal), y así sacar la máxima resolución del conversor.

Un saludo a todos.

Antonio.

Bueno... el artículo es para mi web. La revista de este mes ya publica un excelente trabajo de EA3CGY. En este proyecto planteo otro enfoque en el sketch

https://github.com/ea2hw/medidor-roe/blob/master/MedidorROE.ino

Por ejemplo: el bucle Loop se encarga únicamente del flujo, mientras las transacciones se realizan mediante funciones de usuario. Con esto se consigue mayor claridad de lectura y facilita modificar el código para añadir mas funcionalidades.

También utilizo un display con un conversor de puerto I2C que simplifica el montaje y que permite utilizar también displays de 20 columnas y 4 líneas.

De momento el sketch realiza una lectura instantánea y presenta la medición instantánea, pero cuando esté operativo tengo intención de probar diferentes lecturas, por ejemplo, 100 lecturas consecutivas y operar con la media. Esto es posible añadiendo un bucle con un contador sin que se aprecie ningún retardo, pero hay funcionalidades más prácticas, por ejemplo colocar una alarma óptica o sonora por exceso de ROE.

El conversor ADC de un Arduino UNO o NANO es de 10 bit, por lo que, efectivamente, presenta 1023 niveles digitales. Esto se complica cuando la tensión a medir es superior a los 5V, por lo que hay que añadir un divisor de tensión lo resta precisión. Pero ésto solo afecta a la lectura de la potencia ya que la ROE, como he comentado y Jon explica mejor en su trabajo publicado en la revista de octubre de 2011 es un cálculo derivado de la lectura de dos transformadores simétricos.

Efectivamente como decís la medida de potencia es una relación entre la medida de  onda directa y onda reflejada. Para evitar o disminuir la sensación de retardo se puede realizar por medio de utilización de los timers y manejo de interrupiones, me explico ;

• un timer (Temporizador) que cada x msg. realice una lectura del ADC y lo guarde en un vector y aumente en una unidad  un contador.
• un timer que cada x msg , con un tiempo mínimo de número de lecturas por las longitud del vector , más un tiempo razonable que compruebe si el contador ha llegado al final del vector, si ha llegado realiza las operaciones (cálculo de la media de las medidas tomadas). Esto hay alguna complicación más que se puede mejorar pero que en este caso no es necesaria.
•  en relación al problema de medida que supera el valor máximo del micro, se puede  realizar por medio de un circuito con AO restador o diferenciador , con una tensión de referencia constante , diozo zener, MCP1525 o similar.
• Con un circuito similar al anterior se puede realizar para obtener una señal (disparador Schimtt) , atacar al micro a una de la patillas que están diseñadas para atender interrupciones desde el exterior, en arduino uno y en nano son las dos y la tres. De esta manera cuando se produce la interrupción desde el exterior el micro mircro es el encargado de gestionar la misma según las necesidades, por ejemplo corte de alimentación , aviso con memoria y/o acuse de aviso, etc.

Las opciones son múltiples y podemos llegar a realizar un proyecto muy interesante, a un nivel bastante alto sin nada que envidiar a uno comercial.

Un saludo.

Contestando a Antonio, la tensión de lectura en la puerta correspondiente a la potencia directa es de entre, 0 y algo menos de 20Voltios para una potencia de algo más de 200W con el transformador 1:8, 100 vatios producirían una disipación de 1,58W sobre 51 ohmios si mis cálculos no están equivocados y sin tener en cuenta la caída de tensión en el diodo que es de 0,3V. A partir de estos datos de puede calcular la potencia de salida.

Al presentar tensiones de más de 5V que es la tensión interna de referencia por defecto, no es posible reducir la tensión de referencia AREF. En primer lugar porque se perdería precisión y en segundo lugar porque tampoco sería adecuada la referencia interna de 1,1V y plantear otra referencia externa complicaría el circuito sin ningún objeto. Por lo menos no lo veo. En cualquier caso siempre se utilizan los 1024 valores posibles del ADC de 10 bit de los pines de entrada. Se podría utilizar una placa Arduino DUE que lleva un micro ARMS y los ADC son de 16 bit, pero la tensión máxima es de 3,3V, por lo tanto los divisores de entrada harían perder la ventaja.

Otra posibilidad que no he explorado y que no encuentro todavía literatura sobre su funcionamiento es utilizar el ADC externo de Adafruit ADS 1115 que proporciona cuatro canales  de 16 bit. Esto permitiría una precisión de 65535 niveles digitales.

Persona Enio pero creo que no me explicado bien, para tensiones superiores a 5 vol , quieras o no quiera tienes que acondicionar la señal para el elemento que realiza la medida, da igual que sea arduino, STM32, PIC o cualquier otro. Para ello tienes que añadir al sistema, un circuito que consiga con la menor perdida posible de señal y con la máxima resolución. El circuito o elementos que tienes que añadir tienen que convertir una señal , en este caso de 20 voltios a un máximo de 5, con un transformador , acondicionador, con lo que quieras , pero siempre vas a tener perdidas de señal y resolución.

Los ADC como ADS 1115 , y según su data el valor máximo de entrada es de 5v ó 3.3 vol (según dispositivo), e independientemente del modo de configuración implementado la tensión máxima a capturar es la de alimentación ( máximo 5 voltios). Por lo que volvemos a la casilla de salida , no podemos medir los 20 voltios.

He adjunto un circuito con un AO y unos cálculos  ( " a bote pronto" ), y sería necesario repasar y  una simulación en multisim. Admite cambios y variaciones ( por ejemplo tensión de referencia, ganancia ,etc). Otra alternativa sería un selector de potencia  que también se puede implementar con código y que fuese el mismo micro quien seleccionará la potencia en relación a un valor de entrada.

Animo a todos para seguir aportando ideas y conocimientos, que sé de muy buena tinta , que aquí hay personas que saben muchos y nos pueden iluminar con su conocimiento. Vamos Chicos.

Un saludo.

Persona Enio pero creo que no me explicado bien, para tensiones superiores a 5 vol , quieras o no quiera tienes que acondicionar la señal para el elemento que realiza la medida, da igual que sea arduino, STM32, PIC o cualquier otro. Para ello tienes que añadir al sistema, un circuito que consiga con la menor perdida posible de señal y con la máxima resolución. El circuito o elementos que tienes que añadir tienen que convertir una señal , en este caso de 20 voltios a un máximo de 5, con un transformador , acondicionador, con lo que quieras , pero siempre vas a tener perdidas de señal y resolución.

Los ADC como ADS 1115 , y según su data el valor máximo de entrada es de 5v ó 3.3 vol (según dispositivo), e independientemente del modo de configuración implementado la tensión máxima a capturar es la de alimentación ( máximo 5 voltios). Por lo que volvemos a la casilla de salida , no podemos medir los 20 voltios.

He adjunto un circuito con un AO y unos cálculos  ( " a bote pronto" ), y sería necesario repasar y  una simulación en multisim. Admite cambios y variaciones ( por ejemplo tensión de referencia, ganancia ,etc). Otra alternativa sería un selector de potencia  que también se puede implementar con código y que fuese el mismo micro quien seleccionará la potencia en relación a un valor de entrada.

Animo a todos para seguir aportando ideas y conocimientos, que sé de muy buena tinta , que aquí hay personas que saben muchos y nos pueden iluminar con su conocimiento. Vamos Chicos.

Un saludo.

La primera palabra es Perdona del mensaje anterior, lo siento. Acompaño la otra hoja con algunos números.

Un saludo.

Muchas gracias Antonio. Es muy interesante la información y el uso de AO es habitual con los instrumentos comerciales que utilizan PIC, por ejemplo, R3KBO vende un kit que mide ROE y potencia PEP/AVG y utiliza un PIC y cuatro AO.

Un proyecto como este excede los propósitos del proyecto que propongo pues se trata de un instrumento casero que se basa en la programación de un microprocesador con un IDE Arduino y en la sencillez de un circuito que proporcione una información relativamente fiable. Es necesario tener en cuenta que incluso un Bird tiene una fiabilidad de un 5%.

Todos los proyectos con Arduino que he consultado que miden tensiones por encima de los 5V en una entrada analógica, utilizan un divisor de tensión resistivo. Evidentemente esto resta precisión a la lectura y genera pérdidas ¿?, aunque lo importante es aprender cómo se comporta una entrada en el microprocesador. Que no se trata de un lector analógico real, sino que es un Conversor Analógico Digital (ADC) de 10 bit, por lo tanto, que lo que hace es dividir la tensión que lee en 1024 segmentos, por lo tanto, cada segmento (o nivel digital) representa 4,88mA. Para mí eso ha sido un descubrimiento reciente y una experiencia que deseo compartir.

Para que un microprocesador como el que monta Arduino UNO pueda procesar información basada en la lectura de tensiones por encima de los 5V, se necesita reducir la tensión, evidente. Probablemente, mejor dicho: con seguridad, un sistema com Amplificadores Operacionales (AO), como el que propones será más exacto porque no originará perdidas, pero para jugar (seriamente) con Arduino basta con un divisor resistivo como el que acompaño. Desde un punto de vista operativo, quien desee un instrumento de laboratorio quizá la mejor opción sería un Bird.

Antonio, creo que tu aportación ha sido muy interesante, positiva e importante, pero excede los propósitos de este proyecto y desborda con mucho mis posibilidades. De momento utilizando un divisor de tensión con R1=10K y R2=3K2, la tensión máxima es 20,625V (divide por 4,125). Ésto es suficiente para montar un medidor de ROE razonable y permite trabajar con un código en el Arduino.

A partir de ahí pretendo con la información que nos proporciona el puente direccional podríamos añadir la potencia de salida con una fiabilidad baja, pero suficiente. Después de leer el trabajo de Jon publicado en la revista de ostubre de 2011, se puede deducir que el transformador de 1:8 espiras, suministra a la carga de 51Ohmios de -18,062dB (20*log(1/8)) y podemos medir la tensión en este punto, solo nos queda calcular la potencia en el primario (ayuda) añadiendo los 0,3V de pérdida del diodo.

Las estructuras de control y funciones de tiempo de Arduino (C++), permiten lecturas continuadas durante tiempos parciales, ese es un problema del programador. El sistema de lectura vectorial es muy sencillo y de ahí se puede deducir la potencia de pico y la potencia media. KN9B, en el trabajo Calculate VSWR from Forward and Reverse RF Power ya apunta algunas ideas.

Hola Enio, aquí estamos para ayudar y aportar que siempre ganamos todos, en relación al cálculo de potencia y la caída de tensión en el diodo lo tienes explicado en la página de KN9B ( https://sites.google.com/view/kn9b/digital-swr-meter), lo que hay que cambiar es el número de vueltas , en tu caso la relación es de 8:1 , por lo que turns ratio en tu caso pasa a ser 8 y no 13, otro detalle importante que KN9B , añade la caída en el diodo por software ( lo que se me ocurre es que número tengo que añadir al valor leído por el ADC, que será en relación a la resolución del mismo dependerá si es de 10 bits o de 64 bits y siempre en relación a valores rms ). Ten en cuenta que un transformador lo siempre se cumple es la relación de Potencia del primario es igual a la del secundario (sin ser muy estrictos), hay es donde jugamos con impedancias , tensiones e intensidades.

En la página de KN9B hay un enlace súper interesante en relación al puente ( ), en el que explica en ingles ( el mio no es muy alto) pero tiene todo el planteamiento matemático que se entiende muy bien. Y puede ayudar a aclarar su funcionamiento.

Gracias Antonio una vez más. He estudiado el código de KN9B. Y he tardado algo en responder porque he tenido que montar un fuente de alimentación variable para comprobar el comportamento del sistema de lecturas y los cálculos y una pequeña estructura para trabajar con lecturas reales.

El circuito y el código que he subido a GitHub funcionan perfectamente lee la tensión a la salda del secundario del transformador gemelo y concuerda con las tensiones aplicadas desde una fuente.

Las dificultades vienen con las lecturas en tiempo real. No se puede dejar que el bucle muestre lecturas continuas cuando se transmite en CW o en SSB porque son inconsistentes y traduce lecturas intermedias que no sirven, por eso he tenido que añadir código para fijar los datos.

La lectura del pico de potencia es sencillo. He creado una función que realiza mediciones continuas durante 2 segundos (en CW, entre 8929 y 8937 lecturas, cada 224ms) y captura el mayor voltaje raw, con lo cual tenemos la lectura del pico máximo tanto de directa como de reflejada. No se si 2 segundos es el tiempo idóneo.

Así que sigo trabajando para calcular la potencia que entrega un equipo basado en la potencia de pico.

La función:

void LecturaSensores() {
  rawPicoDIR = 0;  //Variable pública que almacena la lectura (raw) máxima directa
  rawPicoREF = 0;  /Variable pública que almacena la lectura (raw) máxima reflejada

  unsigned int numeroLecturas = 0;  /Inicia el contador de lecturas para conocer las veces que se leen los sensores
  unsigned int rawActualDIR;  //Inicializa la variable de la lectura directa actual
  unsigned int rawActualREF;  //Inicializa la variable de la lectura reflejada actual
  unsigned long tiempoInicial = millis();  //Inicializa la variable de conteo (milisegundos)

  while(millis() <= tiempoInicial + 2000) {  //Mientras pasan 2 segundos

    //Almaceno las lecturas en una variable para optimizar el mismo tiempo de lectura para directa y reflejada
    rawActualDIR = analogRead(pinDIRanalog); //Lee la entrada A0 DIRECTA
    rawActualREF = analogRead(pinREFanalog);  //Lee la entrada A1 REFLEJADA
    numeroLecturas ++;

    if (rawActualDIR > rawPicoDIR) {  //Si la lectura actual es mayor que la almacenada
     rawPicoDIR = rawActualDIR;  //Da un nuevo valor a las variables de almacenamiento
    rawPicoREF = rawActualREF;
    }
  }

  Serial.print("Numero lecturas: "); //Información sobre el número de lecturas
  Serial.println(numeroLecturas);
}